第三节异质结半导体激光器的工作原理

异质结激光器的“结”是用不同的半导体材料制成的，采用异质结激光器的目的是为了有效地限制光波和载流子，降低阈值电流，提高效率。

一.异质结激光器的结构

A.单异质结激光器与双异质结激光器（从材料）

GaAs材料与GaAl材料

Ga1-xAlxAs是指在GaAs材料中掺入AlAs而形成，叫作砷镓铝晶体，1-x,x是指AlAs与GaAs的比例。第三节异质结半导体激光器的工作原理10/1/20241

B.反型异质结与同型异质结（从导电类型）

反型：如n-GaAs与p-GaAlAsorp-GaAs与n-GaAlAs

同型：如p-GaAs与p-GaAlAsorn-GaAs与n-GaAlAs二异质结的能带图（刘恩科chapter9)

A.反型异质(a)p、n型

不是简并型

构成异质结之前热平衡状态下10/1/20242当形成异质结时，电子np

空穴pn

直到两半导体有相等的，异质结即处于平衡状态。

与p-n结一样，在两种半导体材料上界面的两侧形成空间电荷区。

N型半导体一边为正电荷，

P型半导体一边为负电荷，这就是异质结区（阻挡层）。

由于内建场的存在，使电子具有了附加电位能，因而使空间电荷区的能带发生了弯曲（基本与p-n结的形成相同的）。

区别：由于禁带不同，因而在两材料的上界面附近其能带出现与p-n结不同的特点：一能带在这界面处的变化是不连续的。

10/1/202431.在导带底，能量突变，在这里形成“光路”。

2.在价带底，能量突变,在这里形成“凹口”。

3.导带的势垒与价带不同，导带势垒低，而价带势垒高。

4.当n区的电子进入p区时所遇到的阻力要大。

当p区的空穴进入n区时所遇到的阻力要小。

5.势垒的减低和增高与.有关，即与两材料的禁带宽度之差有关。

10/1/20244B.同质结

1.

因为

由于禁带宽度大的p型半导体比禁带宽度小的p型半导体的低，所以空穴将由流动，在p1形成空穴积累，而在p2形成耗尽层。

由于p型半导体中电子是少数载流子，故电子的扩散不计。由于空穴的扩散，p2中的不断上升，p1中的下降，直到

二者平衡。

10/1/20245由于内建场的存在，p2中的能级与同时上升。

由于内建场的存在，p1中的能级与同时下降。

平衡时同型异质结的能带。10/1/20246同型与反型对比

1.反型：两方的载流子分别向对方扩散，在两种材料中都形成阻挡层。

2.同型：只有一种材料的载流子向对方扩散，同时在这种材料中形成阻挡层。

10/1/20247经过几个扩散长度之后，非平衡载流子全部复合完毕，这一区域叫做扩散区。

同理在n区得边界处也有向n内部扩散得空穴流。

非平衡状态下P－N结的能带。

1.正向偏压V使n区的能带及Fermi都相对于P区降低eV。

2.非平衡态载流子的存在使Fermi能级分离成导带和价带的准Fermi能级。准Fermi能级偏离Fermi能级的情况由非平衡载流子的浓度来决定。

10/1/202483.n区电子使多数载流子，非平衡态载流子影响较小。不变。

4.由于耗尽层极窄，结区的准可认为与n区相同。

5.p区电子是少数非平衡载流子，影响显著，由于非平衡载流子随着深入p区而减少，故导带的准随深入p区而减少，直到非平衡载流子的0处与p区重合为止。价带的相似。

p区不受非平衡载流子的影响。

结区与P区相同，在n区随非平衡载流子的减少而减少。10/1/20249

在结区及其两侧出现了双简并or形成粒子数反转分布，变成激活区叫做作用区or有源区。

当光子通过时可放大

增益条件

正向偏压

10/1/202410ForwardBiasedPNJunction(LED)

10/1/2